向延華

（湖南省交通科學研究院有限公司,湖南 長沙 410000）

加強檢測正在使用的道路和橋梁是了解道路和橋梁運行狀態(tài)的有效方式，也是獲取道路和橋梁養(yǎng)護所需參考數(shù)據(jù)的有效途徑[1]。合理運用無損檢測技術(shù)可以最大限度地減少檢測對道路和橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。本文首先簡要介紹了無損檢測技術(shù)的概念及特點，總結(jié)了無損檢測技術(shù)在道路橋梁檢測中的主要優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上探討了道路橋梁檢測中無損檢測技術(shù)的應用方法，旨在提升無損檢測技術(shù)在道路橋梁檢測中的應用效果。

1 無損檢測技術(shù)的概念及其特點

（1）無損檢測技術(shù)是指運用光纖、超聲波、雷達等先進技術(shù)手段，通過評估激發(fā)源（如聲音，光和電）進入建筑工程結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的變化，來判斷結(jié)構(gòu)的內(nèi)部是否存在缺陷以及缺陷情況。無損檢測技術(shù)對結(jié)構(gòu)不會造成破壞[2]，但是無損檢測需要使用很多復雜的電子設(shè)備，相較于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，無損檢測不會影響被測對象的結(jié)構(gòu)完整性，適合用來檢測正在運營的道路和橋梁結(jié)構(gòu)。

（2）無損檢測可以完全覆蓋待檢測范圍，可以第一時間檢測到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的潛在問題，可預測性良好。因此，通過無損檢測技術(shù)獲得檢測結(jié)果，可以直接作為道路和橋梁結(jié)構(gòu)維修的參考，從而有效提高道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測的準確性，大大縮短道路和橋梁檢測和維修時間。

2 道路橋梁檢測過程中無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 成熟的技術(shù)支持

（1）雖然和傳統(tǒng)檢測手段相比，無損檢測技術(shù)成本更高，操作難度更大，但是考慮到道路和橋梁工程安全性要求很高，結(jié)構(gòu)一旦破壞難以修復，同時傳統(tǒng)檢測需要人工判定檢測區(qū)域，很容易遺漏檢測區(qū)域。而無損檢測不但對道路和橋梁結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，還可以覆蓋所有檢測區(qū)域，及時找到潛在的結(jié)構(gòu)缺陷，是道路和橋梁結(jié)構(gòu)預防性養(yǎng)護工作中理想的結(jié)構(gòu)檢測方式。

（2）對道路和橋梁結(jié)構(gòu)進行無損檢測主要是為了弄清結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、承載能力、剛度以及沉降等性能參數(shù)是否滿足設(shè)計要求。道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測工作非常復雜，檢測結(jié)果受到施工方法、道路和橋梁使用狀態(tài)、周圍環(huán)境等多種因素的影響，如何消除外部因素的影響，始終是無損檢測技術(shù)研究的主要問題之一[3]。

（3）為最大限度地提高檢測結(jié)果的準確性和可靠性，應首先合理選用無損檢測技術(shù)。其次，確保無損檢測操作人員具有良好的專業(yè)能力，以確保道路和橋梁無損檢測在復雜環(huán)境下高效開展。

2.2 無損性

（1）無損檢測重點在無損，在整個檢測過程中對結(jié)構(gòu)無損壞是無損檢測技術(shù)的最大優(yōu)勢，其他傳統(tǒng)檢測技術(shù)均無法達到無損，這就構(gòu)成了普及應用無損檢測技術(shù)的堅實基礎(chǔ)。

（2）為了提高道路和橋梁結(jié)構(gòu)的預防性維修質(zhì)量，可以借助無損檢測技術(shù)盡早發(fā)現(xiàn)道路和橋梁結(jié)構(gòu)的病害。

（3）無損檢測技術(shù)雖然本身成本較高，但基本上無須其他的配套檢測措施，長遠看來具有良好的經(jīng)濟效益。而且無損檢測技術(shù)可以顯著縮短結(jié)構(gòu)檢測持續(xù)時間，從而大大提高結(jié)構(gòu)檢測效率。

2.3 拓展空間

（1）隨著我國經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型升級，交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)形勢也發(fā)生了重大變化，在此背景下，道路橋梁結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域也朝著高效、智能、無損的方向發(fā)展。

（2）傳統(tǒng)檢測技術(shù)的檢測效率已不能很好地滿足道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測需求，無損檢測技術(shù)的誕生和應用，完全改變了道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測現(xiàn)狀。現(xiàn)階段，道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測模式是無損檢測與傳統(tǒng)檢測配合使用，它能發(fā)揮多種檢測方法的優(yōu)勢，大大提高了道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果的可靠性[4]。

3 無損檢測技術(shù)的應用及檢測方法

3.1 超聲波技術(shù)的應用

（1）超聲波檢測是現(xiàn)階段應用最廣泛的無損檢測技術(shù)。該技術(shù)使用聲波觸發(fā)儀器，通過儀器形成波長、頻率特定的超聲波。當超聲波接觸到結(jié)構(gòu)時可以在其內(nèi)部傳輸，可以根據(jù)觀測到的聲波衰減、散射以及波形變化判斷被測對象的結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷，其基本工作原理如圖1所示。

（2）超聲波無損檢測系統(tǒng)的主要構(gòu)成是聲波觸發(fā)儀器。其由大量的聲波觸發(fā)裝置組成，通過集中控制、單元控制各個聲波觸發(fā)點，執(zhí)行聲波收發(fā)、信號處理、成像處理等操作。超聲波無損檢測系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖2所示。聲波觸發(fā)器發(fā)出的超聲波遇到被測物體繼續(xù)在其內(nèi)部傳播，根據(jù)物理學理論可知，超聲波在質(zhì)量均勻分布的物體中傳播時表現(xiàn)出一定規(guī)律[5]。當遇到物體內(nèi)部的缺陷點時，超聲波的波形和衰減規(guī)律將明顯變化，通過儀器捕捉超聲波的異常變化就可以確定物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。超聲波檢測設(shè)備可以收集處理超聲波信號，然后借助FIFO緩沖器將超聲波傳播至控制器，進行分析計算之后，控制器會在終端上直觀呈現(xiàn)最終結(jié)果。

圖1 超聲波檢測原理示意圖

圖2 超聲波無損檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

（3）超聲波掃描是超聲波無損檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，掃描結(jié)果的精準程度直接影響到檢測結(jié)果的準確性，現(xiàn)階段，應用最廣泛的超聲波掃描方式有三種，即：A類、B類及C類。

（4）在超聲波無損檢測過程中，探頭無法完全貼合被測物體，當超聲波遇到空隙時會出現(xiàn)諸如反射、折射、擴散等，會降低超聲波穿透被測物體的能力，影響超聲波檢測裝置的精度。為了有效減少超聲波的反射、折射、擴散，可以用增粘劑填充空隙。超聲波探頭和被測物體之間最常見的聲耦合方法是液浸法，即將探頭和被測物體一同浸入液體中，利用液體填充探頭與被測物體之間的空隙，排除空氣。用于浸沒的液體可視為超聲檢測的耦合劑，水是常用的超聲檢測耦合劑，因此液浸法通常是指水浸法。超聲波水浸法的操作如圖3所示，根據(jù)圖3可知，這種方法與常見的接觸法有較大差異。超聲波發(fā)射后首先在液體和被測物體接觸表面發(fā)生反射，然后進入物體內(nèi)部，如果遇到結(jié)構(gòu)缺陷將再次反射，最后在被測物體底部反射，最終呈現(xiàn)出如圖4所示的波形，其中T表示原始波，S表示液面與被測物體接觸表面反射回來的波，F(xiàn)表示缺陷波，B表示底波。

圖3 液浸法直射聲束縱波檢測示意圖

圖4 液浸法超聲波檢測波形示意圖

3.2 光纖傳感技術(shù)的應用

（1）光纖傳感器檢測是一種新興無損檢測技術(shù)，出現(xiàn)時間不長，處于初步應用階段?，F(xiàn)階段，光纖傳感器無損檢測多用于大跨徑橋梁和超長隧道等大型復雜道路和橋梁項目，主要用來彌補傳統(tǒng)檢測技術(shù)的不足。

（2）光纖傳感器檢測技術(shù)適用范圍很廣，可以基于多種檢測指標，輸出準確的檢測結(jié)果，大大降低了無損檢測技術(shù)的操作難度，提高了無損檢測的效率。光纖傳感器無損檢測技術(shù)的信號處理過程如圖5所示。

圖5 光纖傳感信號處理系統(tǒng)示意圖

3.3 檢測方法

3.3.1 機敏混凝土檢測方法

（1）機敏檢測技術(shù)是專為水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的無損檢測技術(shù)。考慮到道路和橋梁工程中會使用大量的水泥混凝土，為了提高道路和橋梁混凝土構(gòu)建質(zhì)量，可以使用機敏檢測技術(shù)對構(gòu)建進行專項檢測。

（2）相較于傳統(tǒng)的水泥混凝土構(gòu)件檢測技術(shù)，機敏檢測技術(shù)的檢測精度更高，該技術(shù)可以全面精準地檢測到各種復雜工況下水泥混凝土構(gòu)件的力學性能變化。

3.3.2 電化學檢測方法

（1）電化學檢測和機敏檢測技術(shù)一樣也是一種專項檢測技術(shù)，電化學無損檢測專用于鋼筋結(jié)構(gòu)檢測，其主要作用是確定惡劣自然環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕情況。

（2）電化學無損檢測技術(shù)需要用到化學知識，通過化學反應得到化學產(chǎn)物，分析化學反應產(chǎn)物，間接判斷鋼筋的劣化情況。

（3）現(xiàn)階段，半電位法是應用最廣泛的電化學無損檢測技術(shù)。

4 無損檢測技術(shù)的注意事項

無損檢測技術(shù)的優(yōu)點很多，但是在運用無損檢測技術(shù)檢測道路和橋梁結(jié)構(gòu)時還存在一些固有的缺陷。因此，在特定的操作過程中需要考慮以下幾個問題，以有效確保無損檢測結(jié)果的準確性。

（1）超聲波檢測技術(shù)適用于檢測道路和橋梁結(jié)構(gòu)中的細小缺陷。對于較大的結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷，超聲波無損檢測可能會出現(xiàn)檢測失真，因此路基結(jié)構(gòu)檢測不宜采用超聲波無損檢測。

（2）光纖傳感器無損檢測精度極高，其基本原理是基于某個檢測指標對道路和橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的敏感性強弱來判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷情況。該技術(shù)適用于大跨徑橋梁，但一般需要配合其他檢測技術(shù)使用，才能有效檢測大跨徑橋的預應力鋼筋及斜拉索和吊索等結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部缺陷。

（3）機敏檢測技術(shù)只能用于水泥混凝土材料構(gòu)件的內(nèi)部缺陷檢測。由于該技術(shù)適用范圍窄，在實踐中通常需要聯(lián)合其他檢測技術(shù)使用，才能獲得準確的檢測結(jié)果。

（4）電化學無損檢測技術(shù)只能用于鋼筋構(gòu)件的內(nèi)部缺陷，用于明確惡劣工況下鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的腐蝕和退化情況，通常也要聯(lián)合其他測試技術(shù)使用才能獲得準確的檢測結(jié)果。

5 結(jié)語

無損檢測技術(shù)在道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測中的應用研究是一個相對較新的領(lǐng)域，為了解決無損檢測技術(shù)在實踐應用中存在的問題，需要進一步探索其應用技術(shù)和應用領(lǐng)域。本文基于無損檢測技術(shù)的概念和原理，介紹了常見的無損檢測方法，并分析了無損檢測技術(shù)的優(yōu)點和應用局限性。同時，結(jié)合無損檢測技術(shù)未來的發(fā)展趨勢，提出無損檢測技術(shù)應該與傳統(tǒng)檢測技術(shù)聯(lián)合應用的觀點，以實現(xiàn)多種檢測方法的優(yōu)勢互補，從而進一步提高道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測的準確性和檢測效率。